第十章液压系统的设计计算
内容提要
系统的设计和计算是在学习了前面各章之后进行的，是对前面各章内容的综合运用，本章主要介绍了液压传动系统设计的一般步骤和方法，并用实例加以说明。
基本要求重点难点
基本要求：了解液压传动系统设计的一般步骤，基本掌握系统计算的内容、方法。
重点：根据工况要求搭建系统图，并进行各项计算。
难点：搭建系统图。
10.1 液压系统的设计方法与步骤
液压系统是整机的重要组成部分，液压系统的设计和主机的设计往往是同时进行，互相协调的。要满足各项性能的要求，液压传动系统往往不是唯一的。但在设计过程中，必须结合各种传动形式，借鉴前人的设计经验，进行深入地分析比较。各步骤之间是相互关联的，常常须穿插进行，经反复修改才能完成，要力求设计出结构简单、操作方便、工作可靠、成本低、效率高、维修方便的液压系统。
10.1.1 明确液压系统的设计要求
主机对液压系统的要求是完成液压系统设计的主要根据，是设计中必须达到的要求。主要包括以下几个方面。
1）主机的用途、性能指标、工艺流程、工作特点、总体布局，主机对液压系统执行元件在位置和空间尺寸的限制；
2）主机的工作循环、系统须完成的动作形式、工作范围、动作顺序、动作间的互锁关系、负载和运动速度的大小、变化范围；
3）执行元件动作控制方式、控制精度要求；
4）综合考虑主机的总体设计，做到机、电、液相互配合，满足系统各方面的要求；
5）液压系统的工作环境和条件；
6）经济性和成本、效率等方面的要求。
10.1.2 负载特性分析、确定主要参数
1．负载特性分析
负载特性分析是指执行元件的负载分析和运动分析，是分析主机在工作过程中各执行元件的负载和运动速度的变化规律。液压系统承受的负载可由主机的规格确定，可由样机通过实验测定，也可由理论分析确定。在分析负载组成时，必须做到理论分析与实际相吻合。
图10-1 液压系统执行元件的负载图和速度图
a) 负载图b)速度图
负载一般包括：工作负载（切削力、挤压力、弹性塑性变形抗力、重力等）、阻力负载（摩擦力、背压力）和惯性力等。对复杂的液压系统，根据工艺要求，需绘制出如图10-1（a）所示的负载图（负载——位移曲线）和如图10-1（b）所示的速度图（速度－位移曲线）。
以确定系统的工作压力和流量。当然也可以用表格表示负载图和速度图。
2．确定主要参数
液压系统的主要参数是指液压执行元件的工作压力和最大流量。
执行元件的工作压力，可以根据负载图中的最大负载来选取（见表10-1），也可根据主机的类型来选取（见表10-2）。最大流量可由液压执行元件速度图中的最大速度计算出来。工作压力和最大流量的确定都与液压执行元件的结构参数（指液压缸的有效工作面积A液
压马达的排量m V ）有关。一般的做法是先选定液压执行元件的工作压力，再按最大负载和预估的液压执行元件的机械效率求出A 和m V ，通过各种必要的验算、修正和圆整成标准值后定下这些结构参数，最后再算出最大流量max q 来。在机床的液压系统中，工作压力需选得小些，这对提高系统的可靠性、低速稳定性和降低噪声非常有利，但会造成结构尺寸变大，使造价升高。
有些主机（比如机床）的液压系统对液压执行元件有最低稳定速度要求，这时需使液压缸或马达的结构参数A 和m V 符合下述要求：
液压马达液压缸
???????≥
≥
min min min min n q V v q A M （10-1） 式中 m i n q ——节流阀、调速阀或变量泵的最小稳定流量，由产品性能表查出；
m i n V ——液压缸应达到的最低运动速度； m i n n ——液压马达应达到的最低运动速度。
当验算结果不能满足要求时，就必须修改A 和m V 的值，这些执行元件的结构参数（如活塞直径D 、活塞杆d 等）需圆整成标准值（见国标19802347/—T GB 和
19932348/—T GB ）。
在执行元件主要结构参数确定后，就可由负载图和速度图画出执行元件的工况图，即执
行元件的在一个工作循环中的工作压力p 、输入流量q 、输入功率P 对位移或时间的变化曲线图，如图10-2所示。当系统中有多个执行元件时，把各个执行元件的流量图、功率图按系统总的工作循环综合得到流量图和总功率图。执行元件的工况图显示系统在整个循环回路中压力、流量、功率的分布情况及最大值所在的位置，是选择液压元件、液压基本回路的依据，也是拟定液压系统方案的依据。
这是因为
1）液压泵和各种控制阀的规格是根据工况图中的最大压力和最大流量选定的。
2）各种液压回路及其油源形式都是按工况图中不同阶段内的压力和流量变化情况决定的。
3）工况图中所确定的液压系统主要参数的量值反映着原来设计参数的合理性，为主参数的修改和最后认定提供了依据。
10.1.3 液压系统方案设计
液压系统方案设计是整个设计工作中最主要的步骤，它根据主机的工作情况、、主机对液压系统的技术要求、液压系统的工作条件以及设计方案的经济性、合理性等因素进行全面、综合的设计，从而拟定一个各方面比较合理的、可实现的液压系统来。具体步骤一般包括以下几个方面
1．油路循环方式选择
液压系统油路循环方式有开式系统和闭式系统两种。它主要取决于主机的类型、工作环境及液压系统的调速方式和散热条件。一般来说，对固定设备且有较大空间可存放油箱且不需另设散热装置的系统，要求结构尽可能简单的系统，采用节流调速或容积——节流调速的系统，均宜采用开式系统。开式系统是液压缸或马达的回油直接接回油箱，油液经过沉淀、冷却后再进入液压泵的进口。例如，泵向多个液压执行元件供油且功率较小的机器（组合机床、磨床等）、内燃机驱动的机器（铲车、高空作业车、液压汽车起重机、装载机、挖掘机等）。对工作稳定性和效率有较多要求的系统、尽量减少体积和质量的系统，采用容积调速的系统，都宜采用闭式系统。闭式系统是液压缸或马达的回油直接进入液压泵的进口。如外负载惯性大且换向频繁的机构（如一些起重机的旋转、运行机构及龙门刨床、拉床的工作台等）、要求机构特别紧凑的运动式机械（液压汽车平板车、拖拉机、矿车及航空航天装置、大型货轮的舵机、工程船舶调距桨、重力下降机构（不平衡类型的起升、动臂摆动机构等）常用闭式系统。开式系统和闭式系统都有各自的优缺点。
2．液压基本回路选择
液压回路的选择要根据系统的设计要求和工况图。这一步往往出现多种方案，必须从多种方案中经过分析、挑选，有必要收集、整理和参考同类型液压系统先进回路的成熟经验。一般可按以下步骤进行：
1）从主机主要性能起决定性作用的调速回路开始，因为在机床液压系统中，调速回路是核心，它一旦确定，其它回路就可相应确定。调速回路要根据工况图上的压力、流量和功率的大小以及系统对温升、工作平稳性等方面的要求来选择。
2）考虑一般液压系统都必须设置的回路，如调压回路、换向回路、卸荷回路、安全回路等。
3）考虑系统负载性质和特殊要求来选择回路，如液压执行元件存在外负载对系统作功的工况（垂直运动部件的系统）时，需设置平衡回路，以防止外负载使液压执行元件超速运动。对外负载惯性较大的系统，需设置制动回路，以防止产生液压冲击。对有快速运动要求或精确换向要求的系统，需设置减速回路或缓冲回路。对有多个液压执行元件的系统，需设置顺序回路、同步回路或互不干扰回路等。对液压机，需设置释压回路。有些系统需设置速度换接回路、增速回路、增压回路、锁紧回路等。对闭式循环系统，需设置补油冷却回路。当一个油源同时提供两种不同工作压力时，需采用减压回路等。
总之，每一种基本回路都有各自的特点和适用场合，应用时，要反复进行对比，不要轻易作出决定。
3．选择液压系统原理图
选定调速方案和液压基本回路后，把各种基本回路综合在一起，进行整理，增添一些必要的元件和配置一些辅助油路，如控制油路、润滑油路、测压油路等，正确选择液压油，使之成为完整的液压系统。最后的液压系统必须做到结构简单，工作安全可靠，动作平稳，效率高，使用和维护方便，并尽可能采用标准元件，以降低成本，缩短设计和制造周期。
10.2 液压元件的设计计算与选择
10.2.1 液压泵的计算与选择
液压泵是液压系统的动力装置，要选用符合回路所需性能的液压泵，必须充分考虑泵的自吸能力、抗污染能力、流量脉动性、噪音、价格、节能效果、可靠性、寿命、维修等，以便所选用的泵能在系统中长期运行。
1． 确定液压泵的最大工作压力 液压泵的最大工作压力要根据执行元件的最高工作压力确定，并应具有一定的贮备，即
p p p b ∑?+≥max 或max kp p b ≥ （10-2）
式中 b p ——液压泵的最大工作压力；
max p ——执行元件的最大工作压力；
p ∑?——进给油路上的总压力损失，系统管路未曾画出前按经验选取：对一般节流调速及管路简单的系统，可取MPa )5.0~2.0(；对进油路有调速阀及管路复杂的系统，
可取MPa )5.1~5.0(。
K ——计算系数，一般取5.1~3.1=K 。
2．确定液压泵的流量
液压泵的流量按执行元件工况图中的最大工作流量和回路的泄漏量确定。一般按下式计算
max kq q b ≥ （10-3） 式中 b q ——液压泵的流量； m a x q ——执行元件的最大流量；
K ——系统的泄漏系数，一般取3.1~1.1=K 。
如果有多个执行元件同时工作，则max q 为同时工作的执行元件总流量的最大值。液压执行元件总流量的最大值可以从工况图或表中找到（当系统中备有蓄能器时，此值应为一个工作循环中液压执行元件的平均流量）。
3．选择液压泵的规格 前面计算的b p 仅仅是系统的静态压力，系统在工作过程中常因过渡过程中的压力超调或周期性压力脉动而存在动态压力，其值远远超过静态压力，所以液压泵的额定压力，应比泵的最大工作压力高%60~%20。至于泵的额定流量只需选得能满足泵的最大流量需要即可。
确定了泵的额定压力和额定流量后，再根据系统的工作特性，可以初步确定泵的结构形式和类型。一般压力MPa p 21<，选用齿轮泵和叶片泵；压力MPa p 21>，则选用柱塞泵；精度高的液压设备可用双作用叶片泵或螺杆泵；有快慢速工作行程的设备可选用限压式变量泵。最后确定泵的基本型号。
泵的型号确定后，电动机的功率一般可以直接从产品标本上查到，也可以根据具体工况计算出来。
10.2.2液压阀的选择
液压控制阀的规格是根据系统的最高工作压力和通过该阀的实际流量，从产品样本上选取的。选择阀时需注意油路有串、并联之分，油路串联时系统的流量为油路中各处通过的流量；油路并联且各油路同时工作时，系统的流量为各条油路通过的流量总和；油路并联且油路顺序工作时的情况与油路串联时相同。阀选定的额定压力和流量应尽可能与计算值相接近，必要时，允许通过阀的实际流量超过其额定流量的20%，否则会引起发热、噪声和过大的压力损失，使阀的性能下降。一般溢流阀按液压泵的最大流量选取；节流阀和调速阀要考虑通过的最小稳定流量是否满足设计要求；对压力阀应考虑其调压范围；对换向阀应考虑其滑阀机能；对可靠性要求特别高的系统，阀类元件的额定压力应高出其所在回路的工作压力较多。选择阀时同时要考虑阀的结构形式、特性、压力等级、连接方式、集成方式及操纵方式等。
10.2.3油管和油箱的选择
油管需确定的两个基本尺寸，即管道的内径和管道的壁厚。其中油管内径的计算为
v q
d π4=
（10-4）
式中 q ——通过管道的流量；
v ——管内允许流速，见表10—1。
计算出内径后，可按标准系列选取相应的管子。 油管管道壁厚δ的计算为
][2σδpd
=
（10-5）
式中 p ——管道内最高工作压力； d ——管道内径；
][σ——管道材料的许用应力。
油箱的容积与泵的流量有关，一般可根据泵的最大流量选取。油箱的另一个功能是散热，油箱体积大，散热快，但占地面积大；油箱体积小则油温较高。具体可见第6章。
10.3 液压系统性能验算
在选定了液压元件，设计了液压系统后，还需要对整个液压系统的某些技术性能进行必要的验算，以便对所选的液压元件和液压系统的参数作进一步调整。因为液压系统的设计是在某些参数进行估计的情况下进行的，当液压元件确定后应根据实际情况对所设计的系统进行各项性能分析验算。液压系统性能验算的项目很多，常见的有回路压力损失验算和发热温升验算。
10.3.1 回路压力损失验算
回路压力损失是管道内的沿程压力损失和局部压力损失以及阀类元件处的局部压力损失三项之和。这三项压力损失计算可用第二章中的有关公式估算。进油路和回油路上的压力损失应分别计算，并且回油路上的压力损失应折算到进油路上去。当计算出的压力损失值比确定系统最高工作压力时选定的压力损失相差太大时，则应对设计进行必要的修改。
10.3.2发热温升验算
系统工作时，液压泵和执行元件存在容积损失和机械损失，管路和阀产生压力损失。所有这些损失所消耗的能量都转变成热能，使油温升高。不同的主机，因工作环境和工况不同，最高允许的油温是不同的，系统发热温升的验算，就是计算系统的实际油温，如实际油温小于最高允许温度，则系统满足要求。如实际油温超过最高允许温度，则必须采取降温措施。
10.4 液压系统的设计计算实例
设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统，要求实现的动作顺序为：启动→加速→快进→减速→工进→快退→停止。液压系统的主要参数与性能要求如下：轴向切削力总和kN F t 20=，运动部件的总重为kN G 10=；共行程长度为m l 15.01=，其中工进长度为m l 05.02=，快进快退的速度为min 5m v =快，工进速度为
min 1.0m v =工，加速、减速时间s t 15.0=?；静摩擦系数为2.0=s f ，动摩擦系数1.0=αf 。
1．液压缸的载荷组成与计算
在负载分析中，先不考虑回油腔的背压力。因工作部件是水平放置，重力的水平分力为零，在运动过程中的力有：切削力、导轨摩擦力、惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力。
导轨的静摩擦力为N N G f F f F s N s fs 2000
100002.0=??=== N N G f F f F d N d fd 1000
100001.0=??=== 惯性力为
N
t v g G t v m F m 56715.08.960
5
10000=??=??=??=
设计中不考虑切削力引起的倾覆力矩的作用，并设液压缸的机械效率95.0=m η，则液
压缸在各工作阶段的总负载列表如下
2．绘制负载图和速度图
根据计算出的各阶段的负载和已知的各阶段的速度，可绘制出负载图)(l F -和速度图
)(l v -，见图10-3a ）和b)所示，横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸活
塞退回时的曲线。
a) b)
图10-3 负载速度图
a) 负载图 b) 速度图
3．计算主要参数（液压缸主要结构尺寸）
1）初定液压缸的工作压力
根据切削力计算液压缸的工作面积A 。参考同类型组合机床，查表初定液压缸的工作压力为MPa 4。
2）确定液压缸的主要结构尺寸
本设计中动力滑台的快进、快退速度相等，可选用单出杆活塞缸，快进时采用差动连接，在这种情况下可算得液压缸无杆腔的工作面积1A 应为有杆腔工作面积2A 的两倍，即
212A A =，即活塞杆直径d 与缸筒内径D 成D d 707.0=的关系。为了防止在钻孔钻通时
滑台突然前冲。查表可取背压MPa P 6.02=。
由表10—4可知最大负载为工进阶段N F 22105=，由工进时的负载计算液压缸面积
2
5
521210610402221052m
P P F A ?-??=-=
=2
2487.291087.29cm m =?-
22174.592cm A A ==
缸筒内径cm
cm A D 72.874
.59441
=?=
=
ππ，cm D d 17.6707.0==。
这些直径按GB2348—80圆整成就近标准值，以便采用标准的密封装置。圆整后得：
cm D 9=， cm d 6=。 按标准直径可算出液压缸两腔的实际有效面积
2
22
2
16.63494cm cm D A =?=
=
ππ
2
2
2
22223.354)69(4)(cm cm d D A =-?=-=ππ
按最低工进速度验算液压缸尺寸，假如进油腔用调速阀调速，查产品的样本，调速阀
最小稳定流量503
min cm q =，因工进速度min 1.0m v =，为最小速度，则
2
23min min 5101005.0cm cm v q A =?=≥
本例中2
2
156.63cm cm A >=，满足最低速度要求。
3）绘制工况图
根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效工作面积，可以得出液压缸工作过程各阶段的压力、流量和功率，见表10-5所示，并根据可以画出工况图，如图10-4所示。在计算工进时背压MPa P 6.02=，快进时液压缸工作差动连接，管路中有压力损失，有杆腔的压力应大于无杆腔，但差值较小，取MPa p 3.0=?考虑，快退时回油路有背压，也可取
MPa p 6.0=?。
图10-4 组合机床液压缸工况图
4．液压系统方案的设计
由于系统的功率较小，运动部件速度也较低，工作负载变化不大，因此采用调速阀的进口节流调速回路。由于液压系统采用了调速阀调速方式，所以系统的液压油循环是开式的。
从工况图中可以看出，快进、快退和工进的流量相差较大，要求交替地供应低压大流量和高压小流量的液压油，而且快进、工进的速度变化较大，所以宜采用双泵供油和差动连接两种快进运动回路来实现。即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。本例采用二位二通电磁阀来控制由快进转为工进，采用外控顺序阀与单向阀来切断差动油路，所以速度换接回路是行程和压力联合控制，换向阀须选用三位三通电磁换向阀，为提高换向的位置精度，采用死挡铁和压力继电器的行程终点返程控制。最后组成如图10-5的液压系统图。
图10-5组合机床动力滑台液压系统原理图
5．选择液压元件
1）液压泵及驱动电机的选择
由表10—5可知，工进阶段液压缸工作压力最大，取进油路总压力损失为MPa 8.0，为了使压力继电器能可靠地工作，取其调速压力高出系统最高工作压力MPa 5.0，则小流量液压泵的最大工作压力应为
MPa p p 1.55.08.08.31=++=
大流量液压泵在快进、快退运动时才向液压缸输油，由表10—5可知，快退时液压缸的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为MPa 5.0，则大流量液压泵的最高工作压力为
MPa p p 88.15.038.12=+=
由表可知，两个液压泵向液压缸提供的最大流量为min 65.17l ，因系统较简单，取泄漏系数为1.05，则两个液压泵的实际流量为
min /53.1865.1705.1l q p =?= 由表可知，工进时所需的流量最小是min /636.0l ，设溢流阀的最小溢流量为min /3l ，则小流量泵的流量规格最小应为min /7.3min /)3636.01.1(1l l q p =+?=，所以大流量泵的流量为min /83.14min /)7.353.18(12l l q q q p p p =-=-=。
根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用B AA YYB 6/9-型的双联叶片泵，该泵的额定压力7MPa ，最低转速800min r ，最高转速2000 min r ，小泵功率1.08kW ，排量r ml 6，流量min 8.4l ，大泵功率1.35kW ，排量r ml 9，流量min 18l 。
因为液压泵在快退阶段功率最大，取液压缸进油路上的压力损失为MPa 5.0，则液压泵输出压力为MPa MPa p p 88.1)5.038.1(=+=，取液压泵的总效率为75.0=p η，则液压泵驱动电机所需的功率为
KW
q p P p
p 95.175.07
.4688.1=?=
=
η
。
由此数值查阅电动机产品样本选取Y90L-2型电动机，其功率为2.2kW ，转速为1000
min r 。
2）油管选择
各液压阀间连接管道的规格按液压阀连接油口处的尺寸决定，液压缸进、出油管则按 输入、输出的最大流量来计算。本例中系统液压缸差动连接时，油管内通油量最大，实际流量为泵的额定流量的2倍达min 28.22l ?。则液压缸进、出油管直径d 按产品样本，选用内径为20，外径为25的10号冷拔钢管。
3）液压阀的选择
根据液压阀在系统中的最高工作压力和通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。所有阀的额定压力都为MPa 3.6，额定流量根据各阀通过的流量，确定为min 10l 、
min 25l 、min 63l 。
1）压力损失计算
因为系统的具体布局尚未最后确定，管路长短等无法估算，所以整个回路的压力损失还无法计算，只能对某些具体的阀类元件进行估算，这里略去压力损失的具体计算。
2）系统发热和温升计算
在本例中，把加速、减速的时间算到快进、快退时间之中去，可以得到快进、快退时
间： )(360515.01.01s t =+=
； 工进时间：)(30601.005
.02s t ==
工进时间占其循环周期时间的比例为%
9133030
=+。
从计算可知在整个工作循环中，工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，以按工进工况验算系统温升。
在工进时液压泵的输入功率计算：（取工进时小泵的出口压力为MPa p p 1.51=，大泵的卸荷压力为MPa p p 2.02=，小泵的总效率6.01=η，大泵的总效率3.02=η。）
W
W
q p q p P p p 880)3
.01060/181026.01060/8.4101.5(3
5362
2
21
1
1=???+???=+
=
--ηη
工进时液压缸的输出功率
W W Fv P 4.18)60/05.022105(2=?==
系统总的发热功率Φ为 W W P P 6.861
)4.18880(21=-=-=Φ 选取油箱容积为L V 150=，则通过查有关手册得出油箱近似散热面积A 为
22323292.1160065.0065.0m m V A ===
假设通风良好，取油箱散热系数)/(10150
23C m kW C T ??-，则利用查到的公式可得油
箱温升为
C C A C T T 00
3
39.2992.11015106.861≈???=Φ=?--
设环境温度C T 0
225=，则热平衡温度为
[]C T C C T T T 010021559.559.2925=≤=+=?+=
所以油箱散热基本可到达要求。
液压传动系统设计计算 液压系统的设计步骤与设计要求 液压传动系统是液压机械的一个组成部分,液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行.着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点,力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 1.1设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序,各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。 1)确定液压执行元件的形式； 2）进行工况分析，确定系统的主要参数； 3）制定基本方案，拟定液压系统原理图； 4）选择液压元件； 5）液压系统的性能验算； 6)绘制工作图，编制技术文件。 1.2明确设计要求
设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等; 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； 4)各动作机构的载荷大小及其性质; 5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； 6)自动化程序、操作控制方式的要求； 7)对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求； 8）对效率、成本等方面的要求。 制定基本方案和绘制液压系统图 3。1制定基本方案 (1）制定调速方案 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题.
方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现.相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合——容积节流调速。 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。
液压系统设计计算实例 ——250克塑料注射祝液压系统设计计算 大型塑料注射机目前都是全液压控制。其基本工作原理是：粒状塑料通过料斗进入螺旋推进器中，螺杆转动，将料向前推进，同时，因螺杆外装有电加热器，而将料熔化成粘液状态，在此之前，合模机构已将模具闭合，当物料在螺旋推进器前端形成一定压力时，注射机构开始将液状料高压快速注射到模具型腔之中，经一定时间的保压冷却后，开模将成型的塑科制品顶出，便完成了一个动作循环。 现以250克塑料注射机为例，进行液压系统设计计算。 塑料注射机的工作循环为： 合模→注射→保压→冷却→开模→顶出 │→螺杆预塑进料 其中合模的动作又分为：快速合模、慢速合模、锁模。锁模的时间较长，直到开模前这段时间都是锁模阶段。 1.250克塑料注射机液压系统设计要求及有关设计参数 1.1对液压系统的要求 ⑴合模运动要平稳，两片模具闭合时不应有冲击； ⑵当模具闭合后，合模机构应保持闭合压力，防止注射时将模具冲开。注射后，注射机构应保持注射压力，使塑料充满型腔； ⑶预塑进料时，螺杆转动，料被推到螺杆前端，这时，螺杆同注射机构一起向后退，为使螺杆前端的塑料有一定的密度，注射机构必需有一定的后退阻力； ⑷为保证安全生产，系统应设有安全联锁装置。 1.2液压系统设计参数 250克塑料注射机液压系统设计参数如下： 螺杆直径40mm 螺杆行程200mm 最大注射压力153MPa 螺杆驱动功率5kW 螺杆转速60r/min 注射座行程230mm 注射座最大推力27kN 最大合模力(锁模力) 900kN 开模力49kN 动模板最大行程350mm 快速闭模速度0.1m/s 慢速闭模速度0.02m/s 快速开模速度0.13m/s 慢速开模速度0.03m/s 注射速度0.07m/s 注射座前进速度0.06m/s 注射座后移速度0.08m/s 2.液压执行元件载荷力和载荷转矩计算 2.1各液压缸的载荷力计算 ⑴合模缸的载荷力 合模缸在模具闭合过程中是轻载，其外载荷主要是动模及其连动部件的起动惯
液压传动系统的设计与计算 [原创2006-04-09 12:49:44 ] 发表者: yzc741229 液压传动系统设计与计算 液压系统设计的步骤大致如下： 1.明确设计要求，进行工况分析。 2.初定液压系统的主要参数。 3.拟定液压系统原理图。 4.计算和选择液压元件。 5.估算液压系统性能。 6.绘制工作图和编写技术文件。 根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。 第一节明确设计要求进行工况分析 在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。 1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。 2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。 3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。 图9-1位移循环图 在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 一、运动分析
主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t)，速度循环图(v—t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 1.位移循环图L—t 图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。 2.速度循环图v—t(或v—L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图9-2为三种类型液压缸的v—t图，第一种如图9-2中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动， 图9-2 速度循环图 最后匀减速运动到终点；第二种，液压缸在总行程的前一半作匀加速运动，在另一半作匀减速运动，且加速度的数值相等；第三种，液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。v—t图的三条速度曲线，不仅清楚地表明了三种类型液压缸的运动规律，也间接地表明了三种工况的动力特性。 二、动力分析 动力分析，是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，对液压系统而言，就是研究液压缸或液压马达的负载情况。 1.液压缸的负载及负载循环图 (1)液压缸的负载力计算。工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的负载由六部分组成： F=F c+F f+F i+F G+F m+F b (9-1) 式中：F c为切削阻力；F f为摩擦阻力；F i为惯性阻力；F G为重力；F m为密封阻力；F b为排油阻力。 图9-3导轨形式 ①切削阻力F c：为液压缸运动方向的工作阻力，对于机床来说就是沿工作部件运动方向的切削力，此作用力的方向如果与执行元件运动方向相反为正值，两者同向为负值。该作用力可能是恒定的，也可能是变化的，其值要根据具体情况计算或由实验测定。 ②摩擦阻力F f：
10 液压传动系统的设计和计算 本章提要：本章介绍设计液压传动系统的基本步骤和方法，对于一般的液压系统，在设计过程中应遵循以下几个步骤：①明确设计要求，进行工况分析；②拟定液压系统原理图；③计算和选择液压元件；④发热及系统压力损失的验算；⑤绘制工作图，编写技术文件。上述工作大部分情况下要穿插、交叉进行，对于比较复杂的系统，需经过多次反复才能最后确定；在设计简单系统时，有些步骤可以合并或省略。通过本章学习，要求对液压系统设计的内容、步骤、方法有一个基本的了解。 教学内容： 本章介绍了液压传动系统设计的内容、基本步骤和方法。 教学重点： 1．液压元件的计算和选择； 2．液压系统技术性能的验算。 教学难点： 1．泵和阀以及辅件的计算和选择； 2．液压系统技术性能的验算。 教学方法： 课堂教学为主，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示设计的步骤及方法。 教学要求： 初步掌握液压传动系统设计的内容、基本步骤和方法。
10.1 液压传动系统的设计步骤 液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单，工作安全可靠，效率高，经济性好，使用维护方便等条件。液压系统的设计，根据系统的繁简、借鉴的资料多少和设计人员经验的不同，在做法上有所差异。各部分的设计有时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完成。下面对液压系统的设计步骤予以介绍。 10.1.1 明确设计要求、工作环境，进行工况分析 10.1.1.1 明确设计要求及工作环境 液压系统的动作和性能要求主要有：运动方式、行程、速度范围、负载条件、运动平稳性、精度、工作循环和动作周期、同步或联锁等。就工作环境而言，有环境温度、湿度、尘埃、防火要求及安装空间的大小等。要使所设计的系统不仅能满足一般的性能要求，还应具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。 10.1.1.2 执行元件的工况分析 对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律，通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值。必要时还应作出速度、负载随时间或位移变化的曲线图。下面以液压缸为例，液压马达可作类似处理。 就液压缸而言，承受的负载主要由六部分组成，即工作负载，导向摩擦负载，惯性负载，重力负载，密封负载和背压负载，现简述如下。 (1)工作负载w F 不同的机器有不同的工作负载，对于起重设备来说，为起吊重物的重量；对液压机来说，压制工件的轴向变形力为工作负载。工作负载与液压缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。工作负载既可以为定值，也可以为变量，其大小及性质要根据具体情况加以分析。
液压传动系统设计与计算 第九章液压传动系统设计与计算 液压系统设计的步骤大致如下： 1.明确设计要求，进行工况分析。 2.初定液压系统的主要参数。 3.拟定液压系统原理图。 4.计算和选择液压元件。 5.估算液压系统性能。 6.绘制工作图和编写技术文件。 根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。第一节明确设计要求进行工况分析 在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。 1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。 2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。 3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。 位移循环图图9-1 在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 一、运动分析 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t)，速度循环图(v—t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 1.位移循环图L—t 图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。 2.速度循环图v—t(或v—L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图9-2为三种类型液压缸的v—t图，第中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，9-2一种如图
液压系统的设计计算2 题目：一台加工铸铁变速箱箱体的多轴钻孔组合机床，动力滑台的动作顺序为快速趋进工件→Ⅰ工进→Ⅱ工进→加工结束块退→原位停止。滑台移动部件的总重量为5000N ，加减速时间为0.2S 。采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。快进行程为200MM ，快进与快退速度相等均为min /5.3m 。Ⅰ工进行程为100mm ，工进速度为min /100~80mm ，轴向工作负载为1400N 。Ⅱ工进行程为0.5mm ，工进速度为min /50~30mm ，轴向工作负载为800N 。工作性能要求运动平稳，试设计动力滑台的液压系统。 解： 一 工况分析 工作循环各阶段外载荷与运动时间的计算结果列于表1 液压缸的速度、负载循环图见图1
二 液压缸主要参数的确定 采用大、小腔活塞面积相差一倍（即A 1=2A 2）单杆式液压缸差动联接来达到快 速进退速度相等的目的。为了使工作运动平稳，采用回油路节流调速阀调速回路。液压缸主要参数的计算结果见表2。 按最低公进速度验算液压缸尺寸 故能达到所需低速 2 7.163 1005.06.253 min min 2 2cm v Q cm A =?=>= 三 液压缸压力与流量的确定
因为退时的管道压力损失比快进时大，故只需对工进与快退两个阶段进行计算。计算结果见表3 四液压系统原理图的拟定 (一)选择液压回路 1.调速回路与油压源 前已确定采用回油路节流调速阀调速回路。为了减少溢流损失与简化油路，故采用限压式变量叶片泵 2.快速运动回路 采用液压缸差动联接与变量泵输出最大流量来实现 3.速度换接回路 用两个调速阀串联来联接二次工进速度，以防止工作台前冲(二)组成液压系统图（见图2）
第九章液压传动系统设计与计算 液压系统设计的步骤大致如下： 1.明确设计要求，进行工况分析。 2.初定液压系统的主要参数。 3.拟定液压系统原理图。 4.计算和选择液压元件。 5.估算液压系统性能。 6.绘制工作图和编写技术文件。 根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。 第一节明确设计要求进行工况分析 在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。 1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。 2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。 3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。 图9-1位移循环图 在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 一、运动分析 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t)，速度循环图(v—t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 1.位移循环图L—t 图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。 2.速度循环图v—t(或v—L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图9-2为三种类型液压缸的v—t图，第一种如图9-2中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，
叉车液压系统设计
液压课程设计 设计说明书 设计题目:叉车液压系统设计 机械工程学院 机械维修及检测技术教育专业 机检3333班 设计者: 指导教师： 12月27日
课程设计任务书 机械工程学院机检班学生 课程设计课题：叉车液压系统设计 一、课程设计工作日自年 12 月 23 日至年 12 月 27 日 二、同组学生 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基 本要求、完成时间、主要参考资料等）： 1．目的： (1)巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法； (2)正确合理地确定执行机构，运用液压基本回路组合成满足基本性能要求的、高效的液压系统； (3)熟悉并运用有关国家标准、设计手册和产品样本等技术资料。 2．设计参数： 叉车是一种起重运输机械，它能垂直或水平地搬运货物。请设计一台X吨叉车液压系统的原理图。该叉车的动作要求是：货叉提升抬起重物，放下重物；起重架倾斜、回位，在货叉有重物的情况下，货叉能在其行程的任何位置停住，且不下滑。提升油缸经过链条－动滑轮使货叉起升，使货叉下降靠自重回位。为了使货物在货叉上放置角度合适，有一对倾斜缸能够使起重架前后倾斜。已知条件：货叉起升速度 V，下降速度最高不超过2V， 1
加、减速时间为t，提升油缸行程L，额定载荷G。倾斜缸由两个单杠液压缸组成，它们的尺寸已知。液压缸在停止位置时系统卸荷。 3．设计要求： (1) 对提升液压缸进行工况分析,绘制工况图，确定提升尺寸； (2) 拟定叉车起重系统的液压系统原理图； (3) 计算液压系统，选择标准液压元件； (4) 对上述液压系统中的提升液压缸进行结构设计，完成该液压缸的相关计算和部件装配图设计，并对其中的1－2非标零件进行零件图的设计。 4．主要参考资料： [1] 许福玲.液压与气压传动.北京：机械工业出版社， .08 [2] 陈奎生．液压与气压传动．武汉：武汉理工大学出版社， .8 [3] 朱福元．液压系统设计简明手册．北京：机械工业出版
液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。 1）确定液压执行元件的形式； 2）进行工况分析，确定系统的主要参数； 3）制定基本方案，拟定液压系统原理图； 4）计算和选择液压元件； 5）液压系统的性能验算； 6）绘制工作图，编制技术文件。 明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境（温度、湿度、振动冲击）、总体布局（及液压传动装置的位置和空间尺寸的要求）等； 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； 4）各动作机构的载荷大小及其性质； 5）对调速范围、运动平稳性、换向定位精度等性能方面的要求； 6）自动化程度、操作控制方式的要求； 7）对防尘、防爆、防腐、防寒、噪声、安全可靠性的要求； 8）对效率、成本等方面的要求。 主机的工况分析
通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。 液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 主机工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 运动分析 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t) ，速度循环图(v— t) ，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 1.位移循环图L —t 液压机的液压缸位移循环图纵坐标L 表示活塞位移，横坐标t 表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。 2.速度循环图v —t(或v —L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。 图为三种类型液压缸的v —t 图，第一种如图中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，最后匀减速运动到终点；第二种，如图中虚线所示，液压缸在总行程的前一半作匀加速运动，在另一半作匀减速运动，且加速度的数值相等；第三种，液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。v —t 图的三条速度曲线，不仅清楚地表明了三种类型液压缸的运动规律，也间接地表明了三种工况的动力特性。 位移循环图速度循环图 动力分析 动力分析，是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，对液压系统而言，就是研究液压缸或液压马达的负载情况。 1．液压缸的负载及负载循环图 (1)液压缸的负载力计算。 工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的负载由六部分组成：
10液压传动系统的设 计和计算
10 液压传动系统的设计和计算 本章提要：本章介绍设计液压传动系统的基本步骤和方法，对于一般的液压系统，在设计过程中应遵循以下几个步骤：①明确设计要求，进行工况分析； ②拟定液压系统原理图；③计算和选择液压元件；④发热及系统压力损失的验算；⑤绘制工作图，编写技术文件。上述工作大部分情况下要穿插、交叉进行，对于比较复杂的系统，需经过多次反复才能最后确定；在设计简单系统时，有些步骤可以合并或省略。通过本章学习，要求对液压系统设计的内容、步骤、方法有一个基本的了解。 教学内容： 本章介绍了液压传动系统设计的内容、基本步骤和方法。 教学重点： 1．液压元件的计算和选择； 2．液压系统技术性能的验算。 教学难点： 1．泵和阀以及辅件的计算和选择； 2．液压系统技术性能的验算。 教学方法： 课堂教学为主，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示设计的步骤及方法。 教学要求：
初步掌握液压传动系统设计的内容、基本步骤和方法。 10.1 液压传动系统的设计步骤 液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单，工作安全可靠，效率高，经济性好，使用维护方便等条件。液压系统的设计，根据系统的繁简、借鉴的资料多少和设计人员经验的不同，在做法上有所差异。各部分的设计有时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完成。下面对液压系统的设计步骤予以介绍。 10.1.1 明确设计要求、工作环境，进行工况分析 10.1.1.1 明确设计要求及工作环境 液压系统的动作和性能要求主要有：运动方式、行程、速度范围、负载条件、运动平稳性、精度、工作循环和动作周期、同步或联锁等。就工作环境而言，有环境温度、湿度、尘埃、防火要求及安装空间的大小等。要使所设计的系统不仅能满足一般的性能要求，还应具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。 10.1.1.2 执行元件的工况分析 对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律，通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值。必要时还应作出速度、负载随时间或位移变化的曲线图。下面以液压缸为例，液压马达可作类似处理。 就液压缸而言，承受的负载主要由六部分组成，即工作负载，导向摩擦负载，惯性负载，重力负载，密封负载和背压负载，现简述如下。 (1)工作负载w F
液压系统设计计算举例 本节介绍某工厂汽缸加工自动线上的一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统的设计实例。 已知：该钻孔组合机床主轴箱上有16根主轴，加工14个Φ13.9ｍｍ的孔和两个Φ8.5ｍｍ的孔；刀具为高速钢钻头，工件材料是硬度为240HB 的铸铁件；机床工作部件总重量为G ＝9810N ；快进、快退速度为v 1＝v 3＝7ｍ/min ，快进行程长度为l 1＝100ｍｍ，工进行程长度为l 2＝50ｍｍ，往复运动的加速、减速时间希望不超过0.2s ；液压动力滑台采用平导轨，其静摩擦系数为f s ＝0.2，动摩擦系数为f d ＝0.1。 要求设计出驱动它的动力滑台的液压系统，以实现“快进→工进→快退→原位停止”的工作循环。下面是该液压系统的具体设计过程，仅供参考。 1．负载分析 1.1工作负载 由切削原理可知，高速钢钻头钻铸铁孔的轴向切削力F ｔ与钻头直径D (mm)、每转进给量ｓ(mm/r)和铸件硬度HB 之间的经验计算式为 6 .08 .0)(5.25HB Ds F t = （9.27） 根据组合机床加工的特点，钻孔时的主轴转速n 和每转进给量s 可选用下列数值： 对φ13.9mm 的孔来说 n 1＝360r/min ，s 1＝0.147mm/r 对φ8.5mm 的孔来说 n 2＝550r/min ，s 2＝0.096mm/r 根据式(9.27)，求得 30468096.05.85.252240147.09.135.25148 .06.08.0=???+????=t F （N ） 1.2惯性负载 5832 .0607 81.99810=??=??=t v g G F m （N ） 1.3阻力负载 静摩擦阻力 196298102.0=?=fs F （N ） 动摩擦阻力 98198101.0=?=fd F （N ） 液压缸的机械效率取ηm = 0.9，由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表9.5所示。 表9.5 液压缸在各工作阶段的负载值
液压系统设计方法 液压系统是液压机械的一个组成部分，液压系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 液压系统的设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。 ⑴确定液压执行元件的形式； ⑵进行工况分析，确定系统的主要参数； ⑶制定基本方案，拟定液压系统原理图； ⑷选择液压元件； ⑸液压系统的性能验算： ⑹绘制工作图，编制技术文件。 1.明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 ⑴主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； ⑵液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； ⑶液压驱动机构的运动形式，运动速度； ⑷各动作机构的载荷大小及其性质； ⑸对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； ⑹自动化程度、操作控制方式的要求； ⑺对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求； ⑻对效率、成本等方面的要求。 2.进行工况分析、确定液压系统的主要参数 通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为
确定系统及各执行元件的参数提供依据。 液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 2.1载荷的组成和计算 2.1.1液压缸的载荷组成与计算 图1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数已标注在图上，其中F W是作用在活塞杆上的外部载荷。F m是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。 作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷F g，导轨的摩擦力F f和由于速度变化而产生的惯性力F a。 ⑴工作载荷F g 常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的 重力、切削力、挤压力等。这些作用力的方向 如与活塞运动方向相同为负，相反为正。 ⑵导轨摩擦载荷F f 对于平导轨 F f＝μ（G＋F N） 对于V型导轨 F f＝μ（G＋F N）/sin（α/2） 式中G——运动部件所受的重力（N）； F N——外载荷作用于导轨上的 正压力（N）； μ——摩擦系数，见表2—1； α——V型导轨的夹角，一般为90°。表2—1摩擦系数μ
目录 一液压课程设计任务书 ........................................... 错误！未定义书签。二液压系统的设计与计算 . (2) 1．进行工况分析 (3) 2．绘制液压缸的负载图和速度图 (4) 三拟订液压系统原理图 (4) 四确定执行元件主要参数 (6) 1．工作压力的确定 (6) 2．确定液压缸的内径D和活塞竿直径d (7) 3．计算液压泵的流量 (7) 4.确定夹紧缸的内径和活塞杆直径 (8) 5．计算液压泵的压力 (8) 6．选用液压泵规格和型号 (9) 7．确定电动机功率及型号 (9) 8.液压元件及辅助元件的选择 (10) 9．油箱容量的确定 (10) 五验算液压系统性能 ................................................... 错误！未定义书签。 1．回路压力损失验算............................................... 错误！未定义书签。 2．液压系统的温升验算........................................... 错误！未定义书签。六课程设计简单小结.. (16) 七参考书目.................................................................... 错误！未定义书签。
一、课程设计题目与设计要求 某厂设计一台钻镗专用机床，要求孔德加工进度有IT6,。要求该机床液压系统要完成的工作循环是：工件定位、夹紧——动力头快进——工进——终点停留——动力头快退——工件松开、拔销。该机床运动部件的重量为30000N，快进、快退速度为6m/min，工进的速度为20~120mm/min可无极调速，工作台的最大行程为400mm，其中工进的总行程为150mm，工进时的最大轴向切削力为20000N，工作台的导轨采用平导轨支撑方式；夹紧缸和拔销缸的行程都为25mm，夹紧力在12000~8000之间可调，夹紧时间不大于1秒钟。 依据上述题目完成下列设计任务： （1）完成该液压系统的工况分析、系统计算并最终完成该液压系统工作原理图的设计工作； （2）根据已完成的液压系统工作原理图选择标准液压元件； （3）对上述液压系统中的进给液压缸进行结构设计，完成该液压缸的相关计算和部件装配图设计，并对其中的1-2非标准零件进 行零件图的设计； 二、液压系统的设计与计算 1、进行工况分析 液压缸负载主要包括：切削阻力，惯性阻力，摩擦阻力。 （1）、定位液压缸： 设其工作压力位R=200N
液压系统的设计步骤和内容 液压系统的设计是整个机器设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。 液压系统的设计步骤大体如下： 1、液压系统的工况分析 在开始设计液压系统时，首先要对机器的工作情况进行详细的分析，一般要考虑下面几个问题。 1)确定该机器由哪些运动需要液压传动来完成。 2）确定各运动的工作顺序和各执行元件的工作循环。 3)确定液压系统的主要工作性能。例如:执行元件的运动速度、调速范围、最大行程 以及对运动平稳性要求等。 4)确定各执行元件所承受的负载及其变化范围。 2、拟定液压系统原理图 拟定液压系统原理图一般要考虑以下几个问题。 1) 采用何种型式的执行机构。 2）确定调速方案和速度换接方法。 3）如何完成执行机构的自动循环和顺序动作。 4) 系统的调压、卸荷及执行机构的换向和安全互锁等要求。 5) 压力测量点的合理选择。 根据上述要求选择基本回路，然后将各基本回路组合成液压系统。当液压系统中有多个执行部件时，要注意到它们相互间的联系和影响，有时要采用防干扰回路。 在液压系统原理图中，应该附有运动部件的动作循环图和电磁铁动作顺序表。 3、液压系统的计算和选择液压元件 液压系统计算的目的是确定液压系统的主要参数，以便按照这些参数合理选择液压元件和设计非标准元件。具体计算步骤如下： 1)计算液压缸的主要尺寸以及所需的压力和流量。 2计算液压泵的工作压力、流量和传动功率。 3)选择液压泵和电动机的类型和规格。 4)选择阀类元件和辅助元件的类型和规格。 4、对液压系统进行验算 必要时，对液压系统的压力损失和发热温升要进行验算，但是经过生产实践考验过的同类型设备可供类比参考，或有可靠的试验结果，那末也可以不再进行验算。 5、绘制正式工作图和编制技术文件
1. 工况分析 本次设计在毕业实习调查的基础上，用类比的方法初步确定了立式安装的主液压缸活塞杆带动滑块及动横梁在立柱上滑动下行时，运动部件的质量为150Kg 。 1．工作负载 工件的压制抗力即为工作负载：F t =mg=10,000kg ×10N/kg=100,000N 2. 摩擦负载 静摩擦阻力： F fs =0.2×150×10=300N 动摩擦阻力： F fd =0.1×150×10=150N 3. 惯性负载 0.3 ()5007500.2 n v F m N t ?==?=? 60.5100.02412000b F N =??= 自重： G=mg=1500N 4. 液压缸在各工作阶段的负载值： 其中：0.9m η= m η——液压缸的机械效率，一般取m η=0.9-0.97。 工况 负载组成 推力 F/m η 启动 8080b fs F F F G N =+-= 8977.8N 加速 8340b fd m F F F F G N =++-= 9266.7N 快进 7590b fd F F F G N =+-= 8433.3N 工进 1477590fd t b F F F F G N =++-= 1641766.67N 快退 5390fd b F G F F N =++= 5988.9N 2.3负载图和速度图的绘制： 负载图按上面的数值绘制，速度图按给定条件绘制，如图：
三液压机液压系统原理图设计 3．1 自动补油的保压回路设计 考虑到设计要求，保压时间要达到5s，压力稳定性好。若采用液压单向阀回路保压时间长，压力稳定性高，设计中利用换向阀中位机能保压，设计了自动补油回路，且保压时间由电气元件时间继电器控制，在0-20min内可调整。此回路完全适合于保压性能较高的高压系统，如液压机等。 自动补油的保压回路系统图的工作原理： 按下起动按纽，电磁铁1YA通电，换向阀6接入回路时，液压缸上腔成为压力腔，在压力到达预定上限值时压力继电器11发出信号，使换向阀切换成中位；这时液压泵卸荷，液压缸由换向阀M型中位机能保压。当液压缸上腔压力下降到预定下限值时，压力继电器又发出信号，使换向阀右位接人回路，这时液压泵给液压缸上腔补油，使其压力回升。回程时电磁阀2YA通电，换向阀左位接人回路，活塞快速向上退回。 3．2 释压回路设计： 释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放，以免她突然释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于25mm、压力高于7Mpa时，其油腔在排油前就先须释压。 根据设计很实际的生产需要，选择用节流阀的释压回路。其工作原理：按下起动按钮，换向阀6的右位接通，液压泵输出的油经过换向阀6的右位流到液压缸的上腔。同时液压油的压力影响压力继电器。当压力达到一定压力时，压力继电器发出信号，使换向阀5回到中位，电磁换向阀10接通。液压缸上腔的高压油在换向阀5处于中位（液压泵卸荷）时通过节流阀9、换向阀10回到油箱，释压快慢由节流阀调节。当此腔压力降至压力继电器的调定压力时，换向阀6切换至左位，液控单向阀7打开，使液压缸上腔的油通过该阀排到液压缸顶部的副油箱13中去。使用这种释压回路无法在释压前保压，释压前有保压要求时的换向阀也可用M型，并且配有其它的元件。 机器在工作的时候，如果出现机器被以外的杂物或工件卡死，这是泵工作的时候，输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压泵及液压元件的安全，在泵出油处
第9章液压传动系统设计与计算 液压系统设计的步骤大致如下： 1.明确设计要求，进行工况分析。 2.初定液压系统的主要参数。 3.拟定液压系统原理图。 4.计算和选择液压元件。 5.估算液压系统性能。 6.绘制工作图和编写技术文件。 根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。 第一节明确设计要求进行工况分析 在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。 1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。 2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。 3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。 在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 一、运动分析 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t)，速度循环图(v—t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 1.位移循环图L—t 图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。 2.速度循环图v—t(或v—L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图9-2为三种类型液压缸的v—t图，第一种如图9-2中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，
液压缸的设计计算 作为液压系统的执行元件，液压缸将液压能转化为机械能去驱动主机的工作机构做功。由于液压缸使用场合与条件的千差万别，除了从现有标准产品系列选型外，往往需要根据具体使用场合自行进行设计。 3.1设计内容 液压缸的设计是整个液压系统设计中的一部分，它通常是在对整个系统进行工况分析所后进行的。其设计内容为确定各组成部分（缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、排气装置等）的结构形式、尺寸、材料及相关技术要求等，并全部通过所绘制的液压缸装配图和非标准零件工作图反映这些内容。 3.2液压缸的类型及安装方式选择 液压缸的输入是液体的流量和压力，输出的是力和直线速速，液压缸的结构简单，工作可靠性好，被广泛地应用于工业生产各个部门。为了满足各种不同类型机械的各种要求，液压缸具有多种不同的类型。液压缸可广泛的分为通用型结构和专用型结构。而通用型结构液压缸有三种典型结构形式： （1）拉杆型液压缸 前、后端盖与缸筒用四根（方形端盖）或六根（圆形端盖）拉杆来连接，前、后端盖为正方形、长方形或圆形。缸筒可选用钢管厂提供的高精度冷拔管，按行程长度所相应的尺寸切割形成，一般内表面不需加工（或只需作精加工）即能达到使用要求。前、后端盖和活塞等主要零件均为通用件。因此，拉杆型液压缸结构简单、拆装简便、零件通用化程度较高、制造成本较低、适于批量生产。但是，受到行程长度、缸筒内径和额定压力的限制。如果行程长度过长时，拉杆长度就相应偏长，组装时容易偏歪引起缸筒端部泄漏；如缸筒内径过大和额定压力偏高时，因拉杆材料强度的要求，选取大直径拉杆，但径向尺寸不允许拉杆直径过大。（2）焊接型液压缸 缸筒与后端盖为焊接连接，缸筒与前端盖连接有内螺纹、内卡环、外螺纹、外卡环、法兰、钢丝挡圈等多种形式。 焊接型液压缸的特点是外形尺寸较小，能承受一定的冲击负载和严酷的外界条件。但由于受到前端盖与缸筒用螺纹、卡环或钢丝挡圈等连接强度的制约缸筒内径不能太大和额定压力不能太高。 P?25Mpa、缸筒内径焊接型液压缸通常额定压力，在活塞杆和缸mm320?D n筒的加工条件许可下，允许最大行程。m15?10?S． （3）法兰型液压缸 缸筒与前、后端盖均为法兰连接，而法兰与缸筒有整体、焊接、螺纹等连接方式。法兰型液压缸的特点是额定压力较高，缸筒内径大，外形尺寸大。适用于较严酷的冲击负载和外界工作条件，又称重载型液压缸。 P?35Mpa、缸筒内径法兰型液压缸通常额定压力，在活塞杆和缸mm320D?n筒的加工条件许可下，允许最大行程。m?8S由此可知，我们设计的液压升降平台车的液压缸应选择（2）焊接型液压缸比较合适。当然对缸筒的连接还需根据具体
液压系统的设计步骤与设计要求
液压系统的设计步骤与设计要求 液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 1.1 设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后， 大致按如下步骤进行。 1）确定液压执行元件的形式； 2）进行工况分析，确定系统的主要参数； 3）制定基本方案，拟定液压系统原理图； 4）选择液压元件； 5）液压系统的性能验算； 6）绘制工作图，编制技术文件。 1.2 明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设 计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； 4）各动作机构的载荷大小及其性质； 5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； 6）自动化程序、操作控制方式的要求； 7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求； 8）对效率、成本等方面的要求。
制定基本方案和绘制液压系统图 3.1制定基本方案 （1）制定调速方案 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。 方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合——容积节流调速。 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。 容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。 节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有 负载荷的场合，旁路节流多用于高速。 调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。 节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。 容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个 封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。 （2）制定压力控制方案 液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容